地球物理信息和控礦構(gòu)造研究在烏克蘭米丘林鈾礦床中的應(yīng)用

王永飛，李寶新，曹云，劉晨陽(yáng)

(四川省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，四川 成都 610053)

0 引言

烏克蘭中央鈾成礦省是歐亞大陸重要鈾礦床集中區(qū)，也是烏克蘭主要鈾礦床產(chǎn)出區(qū)域。典型的礦床有米丘林礦床、瓦杜金鈾礦床、中央礦床等40多個(gè)鈾礦床。大量的研究資料及米丘林、瓦杜金等礦山的實(shí)地考察顯示[1-13]，這類(lèi)礦床的發(fā)現(xiàn)并不是通過(guò)地面氡氣測(cè)量、伽馬能譜測(cè)量等發(fā)現(xiàn)的，多是通過(guò)水化學(xué)方法找到的礦化線索或是打水井偶然發(fā)現(xiàn)。研究顯示，這類(lèi)礦床的形成與區(qū)域構(gòu)造有著密切聯(lián)系，礦床一般呈似層狀產(chǎn)出于斷層下部鈉交代巖中[14-24]。

米丘林鈾礦床位于基洛沃格勒州南，前人先是該區(qū)的水井鉆探中發(fā)現(xiàn)前寒武紀(jì)地盾鈉交代巖中有鈾礦化作用，后續(xù)才相繼發(fā)現(xiàn)米丘林、謝維林、瓦杜金等礦床。前人對(duì)米丘林礦床的成礦特征、圍巖和蝕變的形成時(shí)代、同位素研究以及成因探討等方面的研究已經(jīng)較為深入，但對(duì)該礦床的找礦方法研究較少。筆者以米丘林鈾礦床主要控礦斷裂為研究對(duì)象，核實(shí)其范圍之內(nèi)的隱伏礦體及其賦存的空間位置。因研究區(qū)第四系覆蓋嚴(yán)重，故用地表地質(zhì)手段很難實(shí)現(xiàn)對(duì)隱伏礦體的定位預(yù)測(cè)，因此，筆者在研究地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用土壤氡氣、伽馬能譜測(cè)量結(jié)合已有的重磁、地震、測(cè)井等手段對(duì)研究區(qū)進(jìn)行探測(cè)研究，構(gòu)建地質(zhì)—地球物理找礦模型，推測(cè)驗(yàn)證深部礦體的有效性。

1 地質(zhì)概況

烏克蘭中央地盾的基洛沃格勒鈾礦區(qū)位于烏克蘭中南部的布格河和第聶伯河下游之間，為太古宙地盾基底，其上為古元古代裂陷槽地段。主要鈾礦類(lèi)型為熱液堿交代型，此外還有偉晶巖型、石英卵石礫巖型以及脈型礦床。地盾由5個(gè)斷塊組成，斷塊之間為地殼尺度的4個(gè)韌性剪切帶(圖1a)。烏克蘭中部鈾成礦省即橫跨于因古爾(I)斷塊、沃羅格—克列門(mén)丘格—因古爾西(KK)剪切帶和中第聶伯(MD)斷塊。

米丘林鈾礦床所在的基洛沃格勒鈾礦區(qū)位于因古爾斷塊中部，西鄰戈洛萬(wàn)—亞德洛夫—特拉克泰米里夫(GT)剪切帶，東以克里沃羅格—克列門(mén)丘格—因古爾西(KK)剪切帶為界。因古爾斷塊被由花崗巖組成的科爾松—新和平城巖體(1 725±11～1 754±4 Ma)和新烏克蘭雜巖體(2 025±48～2 039±6 Ma)[1]侵入(圖1)，而兩巖體侵入到古元古代切切利夫卡組和斯帕西夫卡組的以片麻巖、片巖、混合巖為主的因古爾—因古列茨地層單元中(表1)。

新烏克蘭花崗巖體：為地殼來(lái)源，面積約3 500 km2，主要由鉀長(zhǎng)花崗巖、閃長(zhǎng)巖、二長(zhǎng)巖及混合巖組成。它是由因古爾—因古列茨地層單元巖石的部分熔融而形成的，同時(shí)經(jīng)歷了角閃巖相變質(zhì)作用，與花崗巖、變質(zhì)巖相結(jié)合構(gòu)成了本區(qū)侵入超變質(zhì)基底(2.06～2.02 Ga)。

科爾松—新和平城巖體，為地幔來(lái)源，面積約 5 000 km2，在一個(gè)非造山作用的古元古代后期(1.75～1.72 Ga)侵入早期產(chǎn)生的超變質(zhì)基底。環(huán)斑狀花崗巖約占該巖體近表面部分的80%，其中輝長(zhǎng)巖、輝石巖和橄欖巖是該巖體表面的剩余部分。對(duì)因古爾—因古列茨變質(zhì)巖無(wú)影響，也沒(méi)有韌性變形和疊加變質(zhì)作用。

基洛沃格勒—斯莫利諾鈾成礦區(qū)被深層的構(gòu)造帶所分割，這些構(gòu)造帶主要以N-S、NW-SE、NE-SW和E-W方向?yàn)橹?。在新烏克蘭巖體北部，有大約80km長(zhǎng)，30～35 km寬，EW走向的蘇博京—馬舒林(f3)構(gòu)造帶，蘊(yùn)藏著最主要的鈉交代型鈾礦床(圖1b)。

1—奧長(zhǎng)環(huán)斑深成花崗巖(KN-科爾松-新和平城巖體，Kr-克羅斯廷巖體)；2—花崗深成巖(NK-新烏克蘭巖體)；3—剪切帶：①—NK剪切帶；②—GT剪切帶；③—KK剪切帶；④—OP剪切帶；4—基性巖脈；5—塊間(斷塊)斷裂；6—主斷層/背斜；7—交代型鈾礦床；8—脈巖型鈾礦床；9—沉積巖型；10—環(huán)斑花崗巖(KN)；11—鎂鐵質(zhì)-超鎂鐵質(zhì)巖；12—微斜長(zhǎng)石花崗巖(NK)；13—因古爾-因古列茨單元變質(zhì)巖(片麻巖等)；14—康克斯克-維克霍夫采夫單元巖石(角閃巖、富鐵巖石)；15—克里沃羅格單元(含鎂鐵巖)；16—第聶伯-薩克薩甘單元(斜長(zhǎng)花崗巖、混合巖等)；斷裂：F1—布格—米羅諾夫塊間斷裂；F2—克里沃羅格—克列門(mén)丘格塊間斷裂，f1—安諾夫—茲韋尼哥羅德斷層，f2—基洛沃格勒斷層；f3—蘇博京—馬舒林?jǐn)鄬?；f4—諾科斯坦斯尼卡斷層；f5—格洛斯托克斷層，f6—阿達(dá)巴什斷層

表1 烏克蘭中央地盾因古爾斷塊和因古爾斷塊東段中古元古代巖石地層單位的對(duì)比[4]

2 礦床特征及控礦構(gòu)造

2.1 礦床特征

米丘林鈾礦床位于基洛沃格勒州東南約3 km處，為基洛沃格勒礦田的第一個(gè)礦床，原始原位鈾資源量估計(jì)在27 000 t (EAR-I)， U平均品位為0.08%，使用的鈾最低品位為0.03%，開(kāi)采貧化率約為30%[1]。

礦床位于因古爾斷塊上新烏克蘭花崗巖體隆起的東部邊緣，向東緊靠基洛沃格勒深大斷裂，位于米丘林?jǐn)鄬拥南卤P(pán)(圖1、圖2)。該地區(qū)的巖性主要有元古界因古爾—因古列茨單元的黑云母片麻巖、石榴子石片麻巖、鉀質(zhì)花崗巖，在片麻巖中廣泛發(fā)育有中細(xì)?；◢弾r、細(xì)晶巖、偉晶巖、混染細(xì)晶巖的線狀巖體，礦化即產(chǎn)生在花崗巖與片麻巖的接觸過(guò)渡帶中。

1—新生代覆蓋物；2—片麻巖；3—花崗巖；4—變正長(zhǎng)巖；5—鈉長(zhǎng)巖；6—糜棱巖；7—偉晶巖；8—斷層；9—礦體

在平面圖中，米丘林礦床顯示為一個(gè)由N-S走向形成的半開(kāi)式扇形(圖2a)，由東傾約70°的米丘林主斷層和北東傾約55°～60°的NW-SE向分支斷裂組合形成。在平面和剖面上，這些結(jié)構(gòu)形成了一個(gè)由收斂斷層控制的破碎楔形區(qū)段(圖2b)。

2.2 控礦構(gòu)造

該構(gòu)造蝕變帶是米丘林礦床的主要的控礦構(gòu)造。

根據(jù)米丘林鈾礦床產(chǎn)出特征(圖2)，總結(jié)了礦床的空間分布規(guī)律、控礦因素和成礦作用過(guò)程。

1) 礦體的產(chǎn)出定位受斷裂、構(gòu)造面和鈉交代蝕變體“三位一體”聯(lián)合控制。

NS向的基洛沃格勒斷層(f2)是米丘林鈾礦床的主要控礦構(gòu)造。NW-SE向的中、西部斷裂帶控制著該區(qū)鈾礦床的位置。構(gòu)造交匯部位巖石破碎程度較高，斷裂內(nèi)部可見(jiàn)強(qiáng)烈的劈理化帶，與成礦最為相關(guān)，為賦礦構(gòu)造；構(gòu)造面易于形成高反差地球化學(xué)障，是有效的成礦結(jié)構(gòu)面，是米丘林鈉交代型鈾礦礦體定位的重要控制因素；堿交代型鈾礦化無(wú)一例外的產(chǎn)出于鈉交代體之中，鈉交代體是堿交代型鈾礦化的主要控礦因素。

2) 從礦體中心向外劃分為4個(gè)鈉交代蝕變帶(圖3)。蝕變帶從外到內(nèi)大致分為圍巖蝕變帶、鈉交代巖外帶、鈉交代巖過(guò)渡帶、鈉交代巖內(nèi)帶。

圍巖蝕變帶(a)：由蝕變較少的花崗巖、片麻巖組成，局部有新生的石英和鈉長(zhǎng)石細(xì)脈。在該帶出現(xiàn)的糜棱巖—碎裂巖構(gòu)造帶中，與構(gòu)造接觸部位的巖石發(fā)生糜棱巖化，形成了該礦床獨(dú)特的“礦體隔斷”。

1—新生代覆蓋物；2—片麻巖；3—花崗巖；4—變正長(zhǎng)巖；5—鈉長(zhǎng)巖；6—糜棱巖；7—斷層；8—礦體；9—蝕變分帶

鈉交代巖外帶(b)：主要為細(xì)脈狀、云霧狀鈉交代帶，出現(xiàn)少量細(xì)脈狀、云霧狀、團(tuán)塊狀的鈉長(zhǎng)巖，伴有混合巖脈、石英脈等，此帶中局部具強(qiáng)烈石英蝕變形成變正長(zhǎng)巖的蝕變現(xiàn)場(chǎng)，鈾礦化微弱。

鈉交代巖過(guò)渡帶(c)：主要為團(tuán)塊狀、斑點(diǎn)狀、均一狀鈉交代帶，此階段石英大部分或全部鈉長(zhǎng)石化，鈉交代較強(qiáng)烈，鈉交代巖均勻分布于巖石中。有時(shí)有弱鈾礦化。

鈉交代巖內(nèi)帶(d)：主要為塊狀鈉交代巖帶，該帶處于鈉交代體中心，鈉交代作用最強(qiáng)烈，石英、斜長(zhǎng)石全部鈉長(zhǎng)石化，有的鈉閃石被霓石交代，有時(shí)見(jiàn)有綠泥石。鈾礦化，特別是較富集的鈾礦化一般都賦存于這個(gè)帶中。

3 地球物理特征

3.1 區(qū)域重磁特征

3.1.1 重力特征

烏克蘭地盾已完成了不同比例尺的重磁測(cè)量，前人對(duì)因古爾地塊獲取的重力數(shù)據(jù)進(jìn)行解譯，布格重力異常圖顯示烏克蘭中央鈾成礦省大部分鈾礦床位于布格重力異常轉(zhuǎn)換區(qū)，繞巖體分布特征明顯，受控于巖體與變質(zhì)地層或巖體之間區(qū)域性深大斷裂(圖4)。

在1∶50萬(wàn)區(qū)域剩余異常重力圖上，地盾北部的奧長(zhǎng)環(huán)斑花崗巖和南部的新烏克蘭花崗巖體均為明顯的重力低場(chǎng)，這是由于花崗巖與片麻巖平均密度有差別造成(圖4d)，巖體的重力值為-30 mGal，圍巖為30 mGal；新烏克蘭花崗巖體形成的重力低場(chǎng)，平均在-30 mGal水平上再下降2.5～5.0 mGal的Ⅱ級(jí)重力負(fù)值區(qū)。重力負(fù)值在東北角和西北角由較陡的梯度帶過(guò)渡至重力正值；謝維林(或稱北方)、米丘林和瓦杜金礦床就產(chǎn)于這特定的重力場(chǎng)部位(圖4e)。這個(gè)標(biāo)志說(shuō)明，從區(qū)域看，礦床位于強(qiáng)烈花崗巖化與片麻巖的交界處，此交界即是深大斷裂部位。而針對(duì)礦體進(jìn)行的重力測(cè)量發(fā)現(xiàn)，鈾礦床位于重力低中的Ⅱ階局部重力極值區(qū)邊部(圖4c)。

3.1.2 磁法特征

從EW向橫穿南烏克蘭巖體的磁法ΔTa剖面圖可以看出：新烏克蘭巖體的低磁和圍巖片麻巖的高磁差異明顯。巖體內(nèi)磁性變化平穩(wěn)，巖體邊緣的深大斷裂部位正是低磁向高磁的變異段(圖4b)。鈉交代體的弱磁異常多出現(xiàn)在鈉交代體的上盤(pán)。

圖4 烏克蘭中部基洛沃格勒鈾成礦區(qū)重磁特征

3.2 地面放射性測(cè)量

3.2.1 地面土壤氡氣測(cè)量特征

根據(jù)米丘林鈾礦區(qū)斷裂較發(fā)育且礦體多受斷裂控制，礦體多為盲礦體，地表礦化信息弱等特點(diǎn)，本次對(duì)米丘林鈾礦床南北兩側(cè)共布置了2條地面土壤氡氣測(cè)量剖面，其氡氣異常暈峰值處多為區(qū)域構(gòu)造帶附近，深部的礦體與氡濃度曲線峰值有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系(圖5)，可有效說(shuō)明土壤氡氣測(cè)量是尋找深部隱伏礦體的有效方法。

1—新生代覆蓋物；2—片麻巖；3—花崗巖；4—變正長(zhǎng)巖；5—鈉長(zhǎng)巖；6—糜棱巖；7—斷層；8—礦體

3.2.2 地面巖石γ能譜測(cè)量特征

本次對(duì)米丘林鈾礦床進(jìn)行了圍巖和礦石的伽馬能譜測(cè)量(表2)，鈾礦化巖石的伽馬能譜測(cè)量鈾含量為(112.01～211.42)×10-6，釷含量為(11.99～38.49)×10-6，鉀含量(0.61～2.73)×10-6；圍巖(混合花崗巖、片麻巖)伽馬能譜測(cè)量鈾含量為(3.33～29.76)×10-6，釷含量為(11.85～58.96)×10-6，鉀含量(1.86～7.16)×10-6?？梢钥闯龅V化程度較高的礦石具暗色礦物(赤紅色、淺暗紅色等)蝕變特征，Th/U在0.09～0.19之間，也是烏克蘭中部鈾礦床的普遍蝕變特征?；詭r脈也具有稍低Th/U比值，推測(cè)基性巖脈的侵入與礦化有一定的聯(lián)系。

表2 米丘林礦床地表及深部圍巖與含礦巖石伽馬能譜測(cè)量結(jié)果

4 礦體空間定位預(yù)測(cè)模型

將典型勘查剖面圖和測(cè)氡剖面、高精度磁測(cè)剖面縱向疊合，將地表氡氣異常和磁正異常投影深部成礦有利部位，圈定米丘林礦床外圍深部鈉交代體和放射性疊合暈結(jié)合部位相結(jié)合，即地質(zhì)—地球物理找礦模型(圖6)。

圖6 米丘林鈾礦床地質(zhì)—地球物理找礦模型

“多尺度、多維度、高聚靶”的綜合性預(yù)測(cè)方法總結(jié)如下：以中、大比例尺放射性勘查手段(地面γ能譜測(cè)量、土壤氡氣測(cè)量)，圈定放射性異常區(qū)域；以中、大比例尺重力與磁法測(cè)量相結(jié)合，綜合圈定負(fù)磁異常中的弱磁異常和重力低區(qū)域，探測(cè)深部鈉交代體延展范圍，綜合不同比例尺物化探解釋成果，空間分析靶區(qū)聚焦位置，圈定放射性鈉交代體(礦體)有利存在區(qū)域。

5 結(jié)論

1) 通過(guò)分析米丘林鈾礦床特征，總結(jié)了礦床的空間分布規(guī)律、控礦因素和成礦作用過(guò)程?？偨Y(jié)出礦體的產(chǎn)出定位受斷裂、構(gòu)造面和鈉交代蝕變體“三位一體”聯(lián)合控制，并從礦體中心向外劃分為4個(gè)鈉交代蝕變帶：鈉交代巖內(nèi)帶、鈉交代巖過(guò)渡帶、鈉交代巖外帶、圍巖蝕變帶。

2) 通過(guò)分析米丘林鈾礦床的區(qū)域重磁和放射性特征，認(rèn)為礦床位于布格重力異常轉(zhuǎn)換區(qū)、鈉交代體上盤(pán)的弱磁異常區(qū)以及氡濃度曲線峰值區(qū)域。

3) 總結(jié)出了米丘林鈾礦床的地質(zhì)—地球物理找礦預(yù)測(cè)模型。

致謝感謝科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目的支持與幫助；感謝烏克蘭國(guó)家科學(xué)院地球化學(xué)、礦物學(xué)、礦床學(xué)研究所教授Leonid ShumlyanSky在烏克蘭期野外調(diào)研期間全程的陪伴；感謝同事李政、曹云、劉晨陽(yáng)等工程師在野外和資料收集、翻譯過(guò)程中的大力支持；感謝核工業(yè)北京地研院蔡煜琦研究員級(jí)高級(jí)工程師，虞航、宋繼葉、何升等高級(jí)工程師在野外調(diào)研工作中提供的幫助。